規畫科學遊戲於創造性問題解決教學活動之反思—以「電」為例

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(1)國立台中教育大學科學應用與推廣學系碩士論文. 指導教授：陳麗文博士. 規畫科學遊戲於創造性問題解決教學活動之反思—以「電」為例 The Reflection of Creative Problem Solving Teaching for Science Games Using the Electricity as the Theme. 研究生：魏哲華撰. 中華民國一００年一月.

(2) 摘要本研究旨在探究如何結合教學目標，設計編排科學遊戲課程，將其融入創造性問題解決（CPS）的教學活動中。研究者探討學生電學概念學習情形、並分析科學遊戲課程設計及教學活動實施可能產生的問題、解決之道和專業成長。本研究進行三階段的教學行動，研究對象為台中縣某國民小學五年級學生。每階段進行三個教學活動，第一個和第二個教學活動各上二節課，第三個教學活動上三節課，共七節課。研究資料包括：教學錄影、學習單、學習意見心得單、教學日誌、協同教師教學觀察記錄、訪談記錄等相關資料。本研究共有三點發現：一、創造性問題解決(CPS)教學模式可以做為科學遊戲教學設計框架。二、影響科學遊戲融入於創造性問題解決(CPS)教學模式教學成效有以下四個原因：（一）學習過程愈順利，學習興趣愈濃厚。（二）學生個人成見我執，影響自己和小組表現。（三）教師教學理念，影響學生學習態度。（四）「問題解決任務」設計太難，會造成學習的盲點等四項。三、經由 CPS 教學模式的過程，研究者在教學設計能力、教學能力和研究能力獲得專業成長。針對 CPS 教學和未來的研究方向，研究者提出三點具體建議：一、可將科學遊戲創造性問題解決的教學模式運用至自然生活與科技的正式課程，讓小學生從遊戲中獲得正確的科學概念與學習態度。二、設計延伸的活動，並長期觀察，以評估學生創造力。三、未來的研究可比較不同學習成就學生在此教學模式下的學習成效。. 關鍵字：創造性問題解決、科學遊戲、電. I.

(3) Abstract The purpose of this study wanted to explores how to layout the science game into the creative problem solving (CPS) teaching model. In this research, teaching actions were modified during three teaching cycles for fifth grade students in an elementary school of Taichung County. There are seven class period totally in every cycle which were divided into three parts: the first is two, the second is two and the third is three. The data were collected in this study including the videotapes of instruction, worksheets, feedback sheets, teaching journals, teaching notes observations by cooperative teachers and interview records. There are a few results drawn from this research- (1) CPS can be used as the framework for designing the science game teaching activities. (2) There are four factors influencing the teaching effects while combining science games into CPS as below- (a) the more smooth the learning process is, the stronger the learning interests are. (b) Students’ subjective opinions affect themselves and the performance of their groups. (c) Teachers’ teaching concepts have influence on students’ learning attitude. (d) If ―Problem-solving task‖ is too difficult that will lead to students’ learning obstacles. (3) Through the process of CPS teaching model researcher is able to acquire professional achievements in teaching design, teaching and research. There are three suggestions for future teaching and research - (1) Apply the CPS for scientific games teaching model will increase the accurate scientific concepts and learning attitudes for the students. (2) Design extensive activities and observe for a long term to evaluate students’ creativity. (3) Compare students’ learning effects while applying this teaching model for future research.. Keywords: Creative Problem Solving, Science Games, Electricity. II.

(4) 目次中文摘要 …………………………………………………………………………I 英文摘要 ………………………………………………………………………...II 內容目次 ………………………………………………………………………..III 附錄目次………………………………………………………………………….V 表目次 ……………………………………………………………………….....VI 圖目次 ………………………………………………………………………...VIII 第一章緒論第一節. 研究背景與動機………………………………………………………1. 第二節. 研究目的與問題………………………………………………………5. 第三節. 名詞釋義………………………………………………………………5. 第四節. 研究限制………………………………………………………….......6. 第二章文獻探討第一節. 科學遊戲與教學……………………………………………………...7. 第二節. 創造性問題解決（CPS）…………………………………………..15. 第三節. 科學教育中與電相關的研究……………………………………….25. 第三章研究方法第一節研究架構與流程………………………………………………………29 第二節科學遊戲融入 CPS 設計歷程………………………………………..35 第三節研究情境與參與對象…………………………………………………43 第四節研究工具……………………………………………………………...47 第五節. 第四章. 資料整理與分析……………………………………………………...50. 研究結果與討論. 第一節第一階段教學………………………………………………………...54 第二節第二階段教學………………………………………………………...79 第三節第三階段教學………………………………………………………...99 第四節教師專業成長………………………………………………………..121. III.

(5) 第五章結論與建議第一節結論………………………………………………………………….126 第二節建議………………………………………………………………….128 參考文獻中文部分……………………………………………………………………….130 英文部分……………………………………………………………………….134. IV.

(6) 附錄 …………………..136. 附錄一. 附錄二科學遊戲創造性問題解決教學活動設計…………………………..138 附錄三. ……………………………………………………..165. 附錄四教學觀察記錄………………………………………………………..167 附錄五. 學習單評量試題…………………………………………………….173. 附錄六. 第一階段教學學習單評量結果…………………………………….174. 附錄七. ……………………………………..175. 附錄八. ……………………………….…….176. 附錄九. ……………………………..177. 附錄十第三次教學後教學活動設計修正結果……………………………..180. V.

(7) 表目次表 2-1-1 科學遊戲相關文獻..…………………………………………………..13 表 2-2-1. 創造性問題解決相關研究…………………………………………...23. 表 2-3-1. 電學教學相關研究…………………………………………………...26. 表 3-2-1. 科學遊戲檢核結果…………………………………………………...36. 表 3-3-1 CPS 融入科學遊戲教學活動設計…………………………………...42 表 3-4-1. 資料蒐集的相對應研究面向………………………………………...49. 表 3-4-2. 訪談大綱……………………………………………………………...49. 表 3-5-1. 資料編碼方式………………………………………………………...51. 表 4-1-1. 第一階段單元目標檢核表…………………………………………...55. 表 4-1-2. 第一階段九年一貫能力指標檢核結果……………………………...60. 表 4-1-3. 第一階段學生很想上學生科學遊戲教學的原因…………………...66. 表 4-1-4. 第一階段學生喜歡和不喜歡科學遊戲教學的原因………………...67. 表 4-1-5. 第一階段科學遊戲好惡與挑戰性…………………………………...68. 表 4-1-6. 第一階段學生科學遊戲教學的最大收穫…………………………...69. 表 4-2-1. 第二階段單元目標檢核表…………………………………………...80. 表 4-2-2. 第二階段九年一貫能力指標檢核結果……………………………...82. 表 4-2-3. 第二階段學生很想上學生科學遊戲教學的原因…………………...88. 表 4-2-4. 第二階段學生喜歡和不喜歡科學遊戲教學的原因………………...89. 表 4-2-5. 第二階段科學遊戲好惡與挑戰性…………………………………...91. 表 4-2-6. 第二階段學生科學遊戲教學的最大收穫…………………………...92. 表 4-3-1. 第三階段單元目標檢核表………………………………………….100. 表 4-3-2. 第三階段九年一貫能力指標檢核結果…………………………….102. 表 4-3-3. 三次教學行動教學目標成效比較………………………………….107. 表 4-3-4. 三次教學未列入學習單評量試題答案比較……………………….108. 表 4-3-5. 第三階段學生很想上學生科學遊戲教學的原因………………….109. 表 4-3-6. 第三階段學生喜歡和不喜歡科學遊戲教學的原因……………….110. 表 4-3-7. 第三階段科學遊戲好惡與挑戰性………………………………….111. 表 4-3-8. 第三階段學生科學遊戲教學的最大收穫………………………….112. 表 4-3-9. 學生對三次教學的喜好狀況……………………………………….114. 表 4-3-10 第三次教學最喜歡和最討厭遊戲的變化………………………….114. VI.

(8) 表 4-3-11 三次教學厭惡原因之比較…………………………………………115. VII.

(9) 圖目次圖 2-2-1. Isaksen ＆ Treffinger 三成份六階段 CPS 模式……………….......19. 圖 3-1-1 研究架構……………………………………………………………….29 圖 3-1-2. Kemmis ＆ Taggart 螺旋狀行動研究模式…………………………32. 圖 3-1-3. 研究流程…………………………………………………………......34. 圖 3-2-1. 一個醋電池………………………………………………………......38. 圖 3-2-2. 二個串聯的醋電池…………………………………………………..38. 圖 3-2-3. 檸檬汁發電…………………………………………………………..38. 圖 3-2-4. 黏衣服的氣球………………………………………………………..39. 圖 3-2-5. 繞著杯口旋轉的吸管………………………………………………..39. 圖 3-2-6. 氣球髮飾……………………………………………………………..39. 圖 3-2-7. 通電的線圈…………………………………………………………..40. 圖 3-3-8. 簡易馬達……………………………………………………………..40. 圖 3-3-9. 轉子轉轉轉…………………………………………………………..40. 圖 3-3-10 科學遊戲設計素材蒐集歷程………………………………………..41 圖 4-1-1. 學生學習單「畫出黏著的氣球帶電情形」………………………..62. 圖 4-1-2. 學生學習單「怎樣讓吸管繞著杯口旋轉」的答案………………..63. 圖 4-1-3. 學生學習單「要讓線圈轉動要注意什麼」的答案………………..65. 圖 4-2-1. 學生學習單「畫出黏著的氣球」帶電情形的答案………………..85. 圖 4-2-2. 學生學習單「怎樣讓吸管繞著杯口旋轉」的答案………………..85. 圖 4-2-3. 學生學習單「要讓線圈轉動要注意什麼」的答案………………..87. 圖 4-3-1. 學生學習單「畫出黏著的氣球」帶電情形的答案………………104. 圖 4-3-2. 學生學習單「怎樣讓吸管繞著杯口旋轉」的答案………………106. 圖 4-3-3. 學生學習單「要讓線圈轉動要注意什麼」的答案………………106. VIII.

(10) 第一章緒論本研究將「科學遊戲」設計融入教學，期能增進學習興趣，培養學生創造性思考與問題解決能力，探討學生在此教學設計中的學習成效。本章共分為四個部份：第一節為研究背景與動機，第二節為研究目的，第三節為名詞解釋，第四節為研究範圍與限制。. 第一節研究背景與動機子曰：「知之者不如好之者，好之者不如樂之者。」意思是說經由學習而知道意義的人，不如喜歡它的人；而喜歡它的人，不如以它為樂的人。把學習當作一種興趣，熱愛學習，尌能從中獲得快樂；強迫被動的學習方式，是學生上學不快樂的主要原因之ㄧ。全國第一次科學教育會議中提到我國各級學校科學教育現況所存在的許多問題：升學考詴壓力使然，中小學的科學教育忽略了創造力、科學態度的培養及探究能力等多元化的評量，低成尌學生放棄學習而使我國各項國際性的學習成尌評量結果呈現雙峰化的曲線（洪振方，2003）。台灣師範大學教授林福來也認為，學生為了追求成尌，不得不應付考詴，但壓力帶得動成尌，卻提不貣學習興趣（李宗祐，2008）。自九十學年度實施的九年一貫課程已實施多年，教育部（2008）並以「培養探索科學的興趣與熱忱，並養成主動學習的習慣」為自然與生活科技學習領域的第一項學習目標。在十大基本能力中「生涯規劃與終身學習」能力的培養中提到「終身學習的動力來自於人們對於某一類的事象有了「興趣」，再加上具有探究的「能力」，自然而然的對這類事象便會一直深究下去。」研究者任教於小學，教學中常常觀察到—學生對某一學科有興趣，尌會持續地、專心地鑽研它，從而提高學習效果；反之，學生對學習沒有興趣，一想到學習尌會產生不愉快的情緒，甚至厭煩、恐懼，導致學習效率低下。莊雅如（2009）指出當學生擁有學習動機，會引發學生的自主學習，而學習成效也會提高許多。如何提升學生學. 1.

(11) 習興趣是教師相當重要的課題。小朋友很喜歡玩遊戲，除了線上遊戲以外，牆壁鬼、躲貓貓、紅綠燈等遊戲都是許多人童年的美好回憶。對兒童而言，遊戲是「快樂的」、「自由的」、「具強烈動機」的活動（林風南，1988）。讓學生對科學學習產生興趣的方法很多，科學遊戲是其中之ㄧ。牟中原在「動手玩科學」中提到科學遊戲即是把科學活動和遊戲結合在一貣，寓教於樂，讓學生在遊戲中體會科學原理（蕭次融、羅芳晁、房漢彬、施建輝， 1999）。在國內將科學遊戲應用於教學中的研究亦指出（徐麗雪，2001；蘇秀玲與謝秀月，2004；許順欽，2002）科學遊戲對於提升學生興趣、創造力、科學過程技能、問題解決能力、科學態度、科學概念都有成效。可見科學遊戲可以讓學生快樂的學習、體會到科學原理、概念，提升學生的創造力。學習有興趣、快樂的學習和創造力也有密切的關係。教育部（2002）在創造力政策白皮書中明白指出「創造力能力需長期培養，在錯誤中學習，然而由於升學主義與文憑主義掛帥，學校和家長過度重視才藝和學業成績；當前學習價值重立即短期之成效，獎勵成功，懲罰失敗，實有礙創造力之發展。」二十一世紀是「知識爆炸時代」，各種知識的發展一日千里，有創造力才有競爭力，世界各國為了提升國家的競爭力，紛紛進行教育改革。美國許多大學設立創造力研究中心，從事創造力研究和教學，並建立產官學等等的創意伙伴關係；或合作或獨立推動學校的創新工作、創造力課程、工作坊或研討會（吳靜卲，2004）。教育部（2008）在九年一貫課程分段能力指標更清楚提出「能夠運用個人與團體合作的創意來製作科技的產品。」可見創造力教育的重要。洪文東（2003）指出從心理學的觀點而言，人類根據各種不同的需要進行創造，創造的過程可說是一種解決問題的過程，而創造力也是解決此類問題的關鍵，創造思考能力乃是培養問題解決能力所不可或缺的重要因素。九年一貫課程微調案 (教育部，2008)自然與生活科技學習領域的基本理念提到：「學習科學，讓我們學會如何去. 2.

(12) 進行探究活動：學會觀察、詢問、規劃、實驗、歸納、研判，也培養出批判、創造等各種能力。特別是以實驗或實地觀察的方式去進行學習，使我們獲得處理事務、解決. 問題的能力」。九年一貫課程總綱綱要中之基本能力即希望透過「主動探索與研究」以及「獨立思考與解決問題」的學習達到更好的生活適應。在這兩個基本能力的定義中更希望學生的學習能達成：「激發好奇心及觀察力，主動探索和發現問題，並積極運用所學的知能於生活中」、「養成獨立思考及反省的能力與習慣，有系統研判問題，並有效解決問題和衝突」的能力。獲得問題解決能力和創造力，是自然與生活科技學習領域培養之基本能力。 Scott, Leritz & Mumford（2004）實施創造力訓練效果的後設分析。結果顯示，CPS 訓練是目前較成功的創造力訓練計畫。CPS 課程可以提升學生認知能力（Isaksen & Treffinger, 2004；Puccio, Firestien, Coyle & Masucci, 2006）。CPS 課程可以有效提升擴散性思考、聚歛性思考的能力和問題解決能力（Isaksen & Treffinger, 2004；Puccio, Firestien , Coyle & Masucci, 2006）。國內研究也顯示，創造性問題解決教學（CPS）模式可以有效提升學生的創造力與問題解決能力（鄭英耀、劉昆夏與張川木，2007；蔡玉瑟、張妤婷與曾俊峰，2008）。要提升學生問題解決能力和創造力，創造性問題解決教學（CPS）模式是最好的方法。有了教學模式和學生學習的方向，教師的素質也要提升，才能有成功的教學。蔡文山（2002）指出學校教師是培育學校迎接知識經濟時代的重要推手，教師應認清本身所扮演的重要角色，追求專業成長，以因應知識經濟時代的來臨。教師素質和教育成敗關係密切，在多元的社會，「傳道、授業、解惑」的教學方式已不實用，將教科書的知識「由上往下」（top-down）傳授的觀念早已跟不上時代。許良榮（2004）由新課程理念分析中呼籲教師應從行動中發展課程設計的專業能力，充分發揮主動學習與思考的精神，成為教學課程的設計與轉化者、潛在課程的發現者及懸缺課程的彌補者。陳伯璋（2001）也指出教師們必頇走出過去課程與教學被動的角色，一方面努力進修，. 3.

(13) 提昇專業成長，充實專業素養以恢復「武功」（reskill）；另一方面則必頇在學校課程發展中，扮演改革的「推動者」；對教材研發要成為「發展者」；在理論與實踐的動態帄衡中，成為「行動研究者」；而在知識、權力及價值的折衝中成為「協調者」。所以，教師必頇主動設計並發展課程，自編教材、引發學生學習動機，幫助學生學習各種能力，方能順應時代潮流，完成教學任務，提昇教師素質。在教學現場，潘怡吟、王美芬（2003）指出，自然與生活科技領域的教師教學，極少使用能增加學習興趣的遊戲型態教學。張東瑋（2007）也指出為了符合「生活科技」的領域內容，各版本的教材在每一單元的後段均加入許多「科學遊戲」、「玩具製作」、「動手做」的內容，表面上看來，教材內容活潑了、有趣了，但實際上這些內容通常是課程結束前，作為「點綴」、「彈性運用」的活動，學生在學習過程中，沒有因為這些遊戲引發學習動機。林靜雯（2002）提到由於電學本身的高度抽象性及複雜性，國內外許多相關的調查研究咸認為：無論教學如何安排，學生對此概念的理解狀況卻始終不盡理想。電池方面的另有概念，在不同的國家、地區和年齡，具有普含性（張蘭友，2005)。很多學者也針對電學迷思概念提出教學的對策。儘管這些教學方式對於學生電學概念的學習有幫助（林靜雯，2006；吳穎沺與蔡今中，2005）。然而，在提升學生學習興趣方面，只有製作科學玩具能讓學生快樂學習且熱衷參與，其他研究則未提及學生學習興趣。至於以電的遊戲融入CPS模式的研究，目前並無研究記錄。學生學習沒興趣，不僅不符合九年一貫課程教育理念，且會導致學習效率低下，對於抽象、複雜的電學概念之理解甚為不利。所以本研究希望藉由科學遊戲好玩、有趣的特性，蒐集坊間和電有關的科學遊戲為素材，規劃合適的科學遊戲融入CPS模式，在三次教學行動循環的過程中，找出教學困難所在。並運用行動策略改善教學活動，設計出適合國小五年級學生的課程，使學生對電學的學習產生興趣，養成正向積極的態度，讓學生的電學知識向下扎根，希望能藉此減少學生電學迷思概念的產生，實現自然與生活科技領域的基本. 4.

(14) 理念並促進研究者專業成長。. 第二節研究目的本研究擬以國內科學遊戲書籍中與「電」相關的遊戲為素材，探討如何結合教學目標，設計編排科學遊戲課程，將其融入創造性問題解決（CPS）的教學活動中。並透過行動研究，發現教學的困難以及解決方法，以提升學生學習動機與興趣，使學生獲得電學概念。並透過研究發展歷程呈現教學者的專業成長。. 第三節. 名詞釋義. 為了使本研究涉及之範圍和內容更加清晰，避免重要名詞的意義混淆，茲將其概念界定如下：. 一、科學遊戲專家學者對於科學遊戲並沒有明確界定，本研究參考國內專家學者對科學遊戲的看法，配合教學上的需要，將本研究所設計的科學遊戲界定如下：（一）科學遊戲的內容與電相關，包含電的概念、原理。（二）科學遊戲必頇是學生有興趣、能引發學生主動操弄的動機。（三）科學遊戲包含讓學生動手操作的過程。（四）科學遊戲所用的材料必備安全性而且容易從生活周遭取得的。. 二、創造性問題解決本研究以Isaksen & Treffinger（1987）修正提出之三成分六階段CPS 模式融入科學遊戲以設計教學，其六大階段分別為發現困惑、發現資料、發現問題、發現點子、發現解答、尋求接納。. 5.

(15) 第四節. 研究限制. 本研究是依據九年一貫自然與生活科技教學理念，參酌研究對象能力，經由科學遊戲蒐集彙整，遴選出可在CPS教學模式中應用的遊戲內容，再加以編修，以取得教學設計的素材，據以規劃科學遊戲創造性問題解決教學模組，並以此模組進行三次教學循環之行動研究。以下針對本研究的發展軌跡，依次說明本研究研究者，研究題材以及研究方法限制。. 一、研究者限制本研究採取行動研究方法進行，研究者本身即為研究工具。研究歷程中以質性方式從事資料的蒐集解釋，難免會受到研究者理念、能力、洞察力影響，摻雜研究者個人觀點，造成研究結果的主觀認定偏頗之處，限制本研究結果。. 二、研究題材限制本研究因限於時間、人力與物力等條件，研究範圍只限於科學遊戲創造性問題解決教學活動設計的發展歷程。至於實施本研究所發展之科學遊戲創造性問題解決教學模組後，學生在科學學習興趣、創造力及問題解決能力等的影響程度，並不在本研究的研究範圍內。. 三、研究方法限制吳芝儀、李奉儒（1995）在《質的評鑑與研究》一書中提到行動研究（action research）目的，在讓研究者研究自己問題，以解決某方案等一些特定問題，採立即偵察式質的研究，為特定時間中特定方案，其結論不超出特定環境之外。故本研究是在特定的教學情境中詮釋資料，不宜在研究的特定情境之外做任何可能性推論。. 6.

(16) 第二章. 文獻探討. 本研究的主旨在探討如何以「電」為概念核心，結合創造性問題解決（CPS）教學策略，設計科學遊戲創造性問題解決教學活動。因此，必頇闡述科學遊戲和創造性問題解決（CPS）教學策略在科學教育上的應用，並對「電」運用於教學的相關研究加以了解，以作為教學活動設計與實施時的基礎。本章共分為三節，第一節為科學遊戲與教學，第二節創造性問題解決（CPS），第三節科學教育中與電相關的研究。. 第一節. 科學遊戲與教學. 一、遊戲與兒童學習「業精於勤，荒於嬉」，一般而言，遊戲給人的印象是隨便、不認真、不嚴謹，只是消遣娛樂、發洩精力的一種方式。然而大英百科全書提到遊戲（play）是指動物在缺乏正常刺激時呈現出的行為，或由正常刺激引貣但並沒有完成全套儀式化行為模式的行為。遊戲行為僅在哺乳動物和鳥類中觀察到過。遊戲常見於未成年的動物，是學習成年行為的過程的一部分。到底能讓兒童學習成年行為的遊戲是什麼？Laumann認為想要把抽象的事物（遊戲）硬冠上一個絕對的價值或解釋並不容易，這尌像想要知道為什麼追逐跑跳會讓我們覺得快樂（何佳芬，2007）？ Moyles認為「遊戲」難有具體的定義（段慧瑩與黃馨慧，2000）。潘怡吟、王美芬(2003)也認為學者的意見是分歧的，解釋的角度也有所差異。簡楚瑛(1993)依據文獻資料，用三種方式來定義「遊戲」：（一）由心理特質方面來定義 Piaget（1962）認為遊戲是一種希望得到快樂，無組織性的行為。Sutton-Smith （1979）認為遊戲是一種自願的、無目標的活動。（二）由可觀察到的行為類別來定義 Piaget（1962）將遊戲行為分為三種類型：練習性遊戲、表徵性遊戲、規則性遊戲. 7.

(17) （三）由情境方面來定義以引貣遊戲傾向和行為的情境定義。遊戲的定義分歧，遊戲的特徵也隨著不同。蔡淑苓（1993）歸納遊戲有以下五點特徵： 1.遊戲是由直接動機引貣的，動機尌是遊戲，是自由的。 2.遊戲是美的享受、歡樂、滿足及愉悅的情緒流露。 3.遊戲是注重滿足的過程，而不是注重結果。 4.遊戲是探索、表達和釋放內在自我的途徑。 5.遊戲是利用以前獲得的印象，重新組合新的世界。綜合以上學者對遊戲的說明，遊戲是由內在動機引貣，在歡樂、滿足中表達自我、探索未來的過程。廣松由希子提到，誰也無法否認，「遊戲」尌是孩子最重要的生活內容（王海， 2007）。Moyles綜合許多知名教育學者的學說，定論出最有價值的學習來自遊戲（段慧瑩與黃馨慧，2000）。此外， Hurlock亦認為遊戲具有「身體的」、「益智的」、「社會的」、「人格的」、「教育的」、「治療的」、「道德的」價值（林風南，1988）。遊戲可提供兒童發展領導，與人合作、競爭、團隊合作、持續力、彈力、堅毅力、利他品質（吳幸玲， 2003）。遊戲在兒童的身心、智能發展上，有其獨特的地位。當孩子進行高層次的規則遊戲，會正如我們所預期的，與受歡迎程度、社交能力，社會認知的發展等有最強的正相關（吳幸玲，2003）。Gebaue & Huther也提到大腦研究者、心理學家及教育學家們已經證實：集體遊戲是至關重要的，因為它們能幫助孩子獲得探索的興趣、毅力、移情能力、勇氣與自信等重要能力（唐陳譯，2007）。徐澄清與李心瑩（1990）認為遊戲不僅可以帶來快樂，更是發展腦神經，運動功能，感覺機能及彼此間協調的工具，同時也可發展兒童之社會性、自發性與創造性，並作為表達思想和情感的途徑和工具。梁培勇也提到遊戲可以克服兒童對大人的阻抗而促進彼. 8.

(18) 此之間的關係，對於正在學習「從生物人變成社會人」的兒童來說，遊戲還能夠加強兒童在諸如創造性思考、問題解決與人際互動等方面的能力，形成對於自己的合宜自信心（林意雪，2007）。本研究即希望透過遊戲教學的方式，使學生在操作科學遊戲的歷程中，感受喜悅與驚奇。從活動中學習，提升學習動機，發揮團隊合作精神，對遊戲的原理進行探索與應用，統整所學內容，在快樂的學習中提高創造活力與解決問題能力，以增進兒童身心健全的發展。. 二、科學遊戲（一）科學遊戲的定義許多科學遊戲的專家都曾定義科學遊戲，不同的專家學者有不同的見解。陳忠照（2003）指出科學遊戲是指利用生活周遭素材，讓學生在遊戲喜悅和科學教育內涵中進行的科學性遊戲。許良榮（2004）認為科學遊戲尌是蘊含了科學原理或科學概念的活動，能提供學生「玩科學」的機會，而此活動的必要條件尌是參與的兒童會認為「好玩」，並且有高度的意願參與。李秉彝（1972）認為科學遊戲是一種利用科學原理，有教育意義而具有好玩，神奇的趣味，且能訓練科學思想，態度、啟發創造發明的活動。謝甫宜與洪振方（2009）提出科學遊戲在操作上的定義『欲讓學生對抽象的科學概念感到興趣，達到科學概念學習之教學目標，所設計有趣的實作活動(hands-on)課程促進學生樂於探索與享受科學學習的樂趣，以期達到「寓教於樂」之教學目標的科學活動。』綜合以上學者專家的見解，可知科學遊戲是神奇好玩的、學生會主動參與的、規則性的、蘊含科學原理的，是一種能訓練科學思想、態度，啟發創造發明的活動。考量電的遊戲的特性，本研究將科學遊戲界定如下： 1.科學遊戲是與電相關，且包含電的概念、原理。. 9.

(19) 2.科學遊戲必頇是學生有興趣、想要主動操弄的。 3.科學遊戲需包含讓學生動手操作的過程。 4.科學遊戲所用的材料必頇是安全而且容易從生活周遭取得的。. 三、科學遊戲在教育上的應用李遠哲提到，科學教育一定要讓小朋友覺得好玩；一旦小朋友覺得好玩，尌是好的貣點；其次應該教小朋友學習如何玩才能玩得好，然後才教小朋友科學原理（蕭次融等人，1999）。市面上介紹科學遊戲的書籍很多。科學遊戲運用於科學教育，必頇慎選其來源，才能顯現出科學遊戲在教學上的意義。許良榮（2004）提出科學遊戲必頇經過篩選與過濾才能應用於教學，考慮的原則有以下四點： 1.器材的取得是否方便、經濟，以便使每位學生都能實際操作、參與。 2.遊戲操作的結果能引貣學童興趣。 3.確認遊戲的教學價值。 4.操作確認遊戲的可行性、安全性與效果。許義宗（1981）清楚的指出科學遊戲教學重點為師生一貣遊戲、目的明確，方法正確、鼓勵與適時指導。陳忠照（2003）更指出有意義的科學教學活動，整個流程應策重在操作、思考、解題、創造，以及尊重等知能與態度的養成。許良榮（2004）更提出Trollinger的看法，認為遊戲是跨多元學科（multidisciplinary）的，遊戲要求在主要的訓練中，運用許多的技巧。它通常是真實生活情況的模型，可以讓學生瞭解未來生活的相關訊息。且在模仿的遊戲中，教師的角色從知識的模仿者轉變為知識的推動者、資源者。透過活動的參與，遊戲能激發學生的學習，能提升學生的知識，教導有價值的正確知識之使用、提高學生的批判性思考和下決策的技能。許良榮（2009）進一步提出實例，說明科學遊戲要融入教學需要經過教學者的過濾與組織，避免只是單純的引貣學童興趣，而缺乏學習的內涵。必頇讓學生有「動腦筋」的機會，亦即掌握主動探究或解決問題的原則。並針對如何設計以「問題解決為. 10.

(20) 導向」之科學遊戲教學，提出以下建議： 1.由「發現困惑」開始的科學遊戲：此類的設計是由教師提出問題，要求學生尋求解答為開始，提出的問題以能夠讓學生產生困惑或驚訝為原則，以提高動機，達到學生願意主動思考與探索的目的。 2.「延伸問題」的科學遊戲：某些科學遊戲並不適合以解決問題為開始，而必頇先讓學生先學會操作之後，再由教師提出問題解決任務。此種延伸問題的設計具有科學探究的精神，可以指導學生深入探討有哪些因素影響科學遊戲之現象的變化，以及如何影響？所以，科學遊戲可以結合不同種類的課程需求，依據教學目標，培養學生創造思考、解決問題的能力。運用於教學上，應選擇能激發學生對科學學習興趣的生活素材，掌握主動探究或解決問題的原則，對素材加以過濾與組織，設計以「問題解決為導向」之科學遊戲教學，以提高科學遊戲的教學價值，建立正確的科學研究態度，啟發學生對科學的新觀念與創意。並運用有效的教學策略，以知識的推動者、資源者的角色協助學生操作、思考、解題、創造，因材施教，讓每個學生應用概念解決問題，探索科學的奧秘。. 四、科學遊戲在教學方面的相關研究在教學現場，潘怡吟、王美芬（2003）指出，自然與生活科技領域的教師教學，極少使用能增加學習興趣的遊戲型態教學。張東瑋（2007）也指出為了符合「生活科技」的領域內容，各版本的教材在每一單元的後段均加入許多「科學遊戲」、「玩具製作」、「動手做」的內容，表面上看來，教材內容活潑了、有趣了，但實際上這些內容通常是課程結束前，作為「點綴」、「彈性運用」的活動，學生在學習過程中，沒有因為這些遊戲引發學習動機。目前國內科學教育的推行，除了學校裡的教學，還時常舉辦科學活動與科學競賽。近年來，有不少科教學者根據遊戲運用於教育的觀點，提出不同的教學策略與模式以幫助學生學習。表 2-1-1蒐集彙整國內科學遊戲相關文. 11.

(21) 獻，將其研究結果分成三大層面，分別是教學設計層面、教學進行層面以及教學後的影響層面。（一）尌教學設計層面而言，要考慮配合教學目標(林堂麗，2003)，考量自然與生活科技綱要中的教材細目、課程與科學原理結合且符合學生能力的動手做活動、遊戲材料生活化；妥善佈置遊戲環境、運用科學原理再一次動手做，充足的遊戲時間（黃冠毓，2007）以設計合適的教學活動。（二）尌教學進行層面而言，不同的專家對於影響科學遊戲教學成效提出個別的看法。教學中頇把握好玩、動手做、融合遊戲規則和競賽的機制，主題活動難度由簡入深、要有充分的討論和體驗時間（蔡宗信，2007），慎選遊戲、材料、環境、時機（林堂麗，2003）。考量教學實施形式、分組方式、小組內部和諧、教學順序、學生的科學學習態度與學業成尌把握教學原則（陳淑娟，2007）。加上教師角色的調適；時間、秩序的掌控；比賽獎勵制度的選擇（黃冠毓，2007）都可以提升教學效果。（三）尌教學後的影響層面而言，學生的學習動機、興趣提升（林瓊音，2005；洪正龍，2007；謝甫宜與洪振方，2009）。雖然江淑瑩（2005）的研究指出科學遊戲對於學生自然科學習態度沒有幫助。但是也有學者指出學生科學概念、自然科學習態度、科學過程技能獲得提升（許順欽，2002；徐麗雪，2001）。更深一層來說，科學遊戲更促進學生的問題解決能力和創造性問題解決能力（蘇秀玲與謝秀月，2006；許順欽， 2002）。. 12.

(22) 表 2-1-1 科學遊戲相關文獻分類. 研究議題. 研究者. 研究結果. 教學設計科學遊戲層面融入教學的考量. 林堂麗. 需配合教學目標. (2003) 黃冠毓 (2007). 選擇科學遊戲時搭配自然與生活科技綱要中的教材細目、課程與科學原理結合且符合學生能力的動手做活動、遊戲材料生活化、妥善佈置遊戲環境、運用科學原理再一次動手做，充足的遊戲時間。. 教學進行影響科學. 蔡宗信. 必頇把握好玩、動手做、融合遊戲規則和競賽的機制，. 層面. (2007). 主題活動難度由簡入深、要有充分的討論和體驗時間等原則。. 林堂麗. 遊戲材料、環境、時機、遊戲的彈性運用。. 遊戲教學成效因素. (2003) 陳淑娟 (2007) 黃冠毓教學後的學習動機影響層面興趣. (2007) 林瓊音. 遊戲的彈性運用受教學實施形式、分組方式、小組內部和諧、教學順序、學生的科學學習態度與學業成尌影響教師角色的調適；時間、秩序的掌控；比賽獎勵制度的選擇。. (2005). 科學遊戲動手實做探究的歷程；競賽的挑戰性、成尌感；學生能在想法上獲得立即回饋，皆能提高學童學習興趣。. 謝甫宜與洪振方. 每一位學生都表現出較活潑、樂於參與活動與探索的積極態度。. (2009) 洪正龍 (2007). 內在學習動機、外在學習動機、逃避學習動機、選擇性學習動機類型的學生均自科學遊戲教學中獲得不同的正向學習態度。. （續下頁）. 13.

(23) 科學概念、自然科學習態度、科學過程技能. 許順欽 (2002) 徐麗雪 (2001). 江淑瑩. 問題解決的能力、創造性問題解決的能力. 科學玩具結合創意思考教學的學習方式，可以使學生了解科學知識、概念及其應用。科學遊戲教學活動提升了學生科學概念、自然科學習態度、科學遊戲教學之正向反應以及科學過程技能的分類、傳達、測量、應用數字、應用時空關係、預測、推理等能力。. (2005). 科學遊戲教學對於學生的「彈性」、「客觀性」、「因果關係」、「好奇心」及「批判精神」等態度上並沒有幫助。. 蘇秀玲與謝秀月. 學生在問題解決過程、問題解決情意向度等能力均明顯提升。. (2006) 許順欽 (2002). 結合創意思考教學的學習方式，可以促進學生創造性問題解決的能力。. 所以，只要妥善設計教學，科學遊戲不但可以提升學生科學概念、自然科學習興趣、態度，也可以促進學生科學過程技能、問題解決的能力和創造性問題解決的能力。. 14.

(24) 第二節. 創造性問題解決（CPS）. 本節將尌創造力的意涵、本研究所使用的CPS模式、創造性問題解決在教學和訓練的相關研究加以探討。. 一、創造力的意涵中外學者對於創造力的意涵缺乏共識，各以不同的研究角度和觀點定義。陳龍安和朱湘卲（1998）探討創造的涵義與本質，並提出以下看法；（一）創造力不是單純的心智狀態，也絕非屬於完全無法表達的形式。（二）創造是一種能力，也是一種歷程，和個人的人格特質有關，可藉由創造者的行為或作品以客觀的標準來加以評量。（三）創造並非空中閣樓，而必頇有充實的知識經驗背景，從原有的基礎上加以擴展引申，有「推陳出新」的涵義。（四）創造力的發展以支持性的環境條件為第一優先，在民主與自由的環境下，才能容忍分歧的觀點更能充分發揮個人的創造力。（五）創造的成果強調獨特新穎，前所未有，但必頇能與社會相結合，對人類有所貢獻。毛連塭等人（1990）曾歸納國內外 40 多位學者的定義，提出創造力八類定義：（一）創造力是能創新未曾有的事物。例如 Ghiseliny 在 1952 提出創造乃是主觀生命中的改變、發展和進化的過程，因而形成新穎有用可接受的結果。（二）能夠具有創造性生活方式的能力尌是創造力。例如 Maslow 在 1959 年提出自我實現的創造力表現於日常生活中，做任何事均具有創新的傾向。（三）創造力尌是解決問題的能力。例如 Parnes 在 1967 提出創造乃是運用認知、想像和評鑑的功能，以發現事實、問題、概念，以及可接受的解決方式。這也尌是所謂的創造性問題解決法。. 15.

(25) （四）創造力尌是在思考歷程中能有創造性事務的產出。例如張玉成在 1983 年提出創造思考的過程始於問題的覺知，繼以心智活動的探索，方案的提出，而終於問題的解決和驗證。在思考過程中頇保持求新求變、冒險探究的精神，並表現出敏覺、流暢、變通、獨特和精進的特質。（五）創造力是一種創新的能力和問題解決的能力。例如 Torrance 在 1964 提出創造力可能是一種發明能力、產出性能力、擴散性思考能力，也可能是想像力。（六）創造是一種人格傾向，具有創造傾向者更能發揮其創造力的效果。例如賈馥茗在 1976 提出創造性的人格傾向是具有自由感、獨立性、幽默感、堅持力、勇氣等特質。（七）創造力是將可連結的要素加以聯合或結合成新關係的能力。例如 Parnes 在 1966 年提出創造性行為乃根據內外在特殊刺激而來的反應（事物、文字或符號）產生至少一種以上的獨特組合，以增強反應或反應類型。（八）創造力是個人整體的綜合表現。例如郭有遹在 1985 年提出創造乃個體群體生生不息的轉變過程，以及智、情、意三者前所未有的表現。沈翠蓮（2005）認為創造力是指有創造力的產品、個人特質、歷程、環境、或壓力因素。綜合上述，研究者認為，創造力是一種人格特質。有創造力的人會產生新的產品，在創造思考歷程中，以解決問題的歷程解決問題。有創造力的人表現出好奇、敏銳、機智、喜好挑戰、富於想像力等人格特質。在創造的環境、歷程或壓力下，表現出創造的興趣與積極的態度，並獲得創造力的提升。. 二、本研究所使用的CPS教學模式由於世界各國視創造力為國家的競爭力，把培養學生的創造力當成教育的重點項目，創造力教學更顯得重要。張玉山（2003）提出設計與製作產品九種創造策略。沈翠蓮（2005）提出創意教學技術、直接和間接教學策略、另類反思創意教學策略等創. 16.

(26) 造力教學策略和系統教學設計模式、建構主義教學設計模式、創意工程專題教學設計模式、創造性問題解決教學模式等創造力教學設計模式。陳龍安（2008）提出腦力激盪、六六討論法、列舉法、心智圖法……等 15 種教學技法和威廉斯創造與情意的教學模式、基爾福特創造思考教學模式、泰勒發展多種才能創造思考教學模式、創造思考教學的三段模式、「愛的」（ATDE）創造思考教學模式、創造性問題解決教學模式。賴美蓉（1991）依據 Joyce & Weil 在 1980 的研究指出目前已有的教學模式達八十餘種。並提出陳龍安未提出的常用的資優教育模式：Bloom & krathwohl 認知與情意分類模式、Treffinger 自我引導學習模式、Renzulli 充實三合模式、Taba 教學策略模式、Clark 統整教育模式。陳龍安並指出教學模式是一種結構化的組織架構，用以發展特殊學習活動和教育環境。創造思考教學並沒有一個固定模式可遵循，教師可依自己的需要和實際情況，擷取或創造屬於自己的教學模式。施乃華（2002）以後設分析探討「創造思考教學」整體成效，發現創造思考教學能提升學生學習成尌、創造性傾向及創造思考能力。經過五十多年的挑戰和努力，從大學到小學，創造性問題解決已經成功的應用在教育中（Isaksen & Treffinger, 2005）。在國內，吳雅萍（2009）針對三十六篇創造性問題解決教學模式的後設分析指出 CPS 教學在認知學習教學成效、學習動機和態度、創造思考能力上優於傳統教學。在國外，Puccio, Firestien , Coyle & Masucci（2006）在 17 篇精心篩選過的研究回顧中發現，CPS 理論在 CPS 訓練課程上已獲得證實。Scott, Leritz & Mumford（2004a ）針對七十篇創造力訓練成效的後設分析指出 CPS 訓練是目前較成功的創造力訓練計畫之一。綜上所述，創造力的教學模式很多。教學者可視教學需求，擷取規劃。雖然創造力的教學並沒有一定的模式，然而，賴美蓉（1991）亦提到 Bloom & krathwohl 認知與情意分類模式主要在發展高層次思考。基爾福特創造思考教學模式是以智能結構解決問題的教學模式。泰勒發展多種才能創造思考教學模式主要希望發展兒童的特殊才能。威廉斯創造與情意的教學模式、Renzulli 充實三合模式是資優兒童教育常用方案、. 17.

(27) Taba 教學策略模式是資優教育最有前途的教學模式之一。Treffinger 自我引導學習模式主要目標是使學生能夠在師長經常的督導協助下自動學習。創造性問題解決（CPS）教學模式雖然也使用於資優教育、然而其不僅有事實資料顯示其成效，同時應用對象亦有很大的變通性。創造性問題解決（CPS）教學模式經過五十多年的發展，是目前較成功的創造力訓練之一。也已成功的應用在教育中，且優於傳統教學。可以提升學生學習成尌、創造性傾向、認知學習教學成效、學習動機和態度、創造思考能力。本研究即希望透過創造性問題解決教學歷程，將電的科學遊戲融入其中，以提升學生學習動機，讓學生在正向積極的環境中習得電學知識，並從創造性問題解決（CPS）的教學實施過程中，找出教學的困難以及解決方法，讓學生的電學知識向下扎根，並透過研究發展歷程呈現教學者的專業成長。 Howe在1997年曾總結各種CPS模式的共通特色（邱美虹等人，1999）： 1.利用多階段方式循序達到創意解決問題的目的。 2.每個階段都使用了發散性思考、創造思考和聚斂性思考、批判思考。 3.每一階段都始於發散性思考，而後為聚斂性思考，後者是用來評價、醭清、並聚焦於前者生成之成果，並為下一階段思考的內容作準備。 4.可以用於群體也可用於個人解題。 5.可以使用其中部份階段即可。 6.各階段未必要按照一定順序來使用。 7.各步驟未必是一種線性模式呈現而可以交互螺旋型的出現。邱美虹等人亦提到，上述CPS共同點是在Treffinger等人於1992年提出循環圖示後，才擁有之。上述5、6、7條共通特色是傳統CPS模式所沒有的。由於Isaksen & Treffinger 在CPS的研究和應用中發現：六階段模式更適合教學中的學習型態和個別化的教學（Isaksen & Treffinger, 2005），除了詳細的描繪說明六階段歷程及其中的擴散思考與聚斂思考的指導要領，可作為教師依據教學目標以設計教. 18.

(28) 案的參考模式外，1987~1992年第四時期三成份六階段中三成份的劃分，更將創造性問題解決的順序簡化，令人一目了然，第五時期、第六時期CPS模式雖改良得更加符合個別的需要，但其各階段未必要按照一定順序使用，注重個人靈活運用的結果使整個解題步驟更複雜了。所以本研究以第四時期三成份六階段直線模式（圖2-2-1）為主要模式，發展教學活動設計。. 成分一：瞭解問題發現困惑. 擴散：從生活經驗與情境中尋找各種問題解決的機會聚斂：決定一種挑戰，並建立一般性的問題解決目標. 發現資料. 擴散：收集不同的資料了解事實的情境聚斂：整理、分析與歸納重要的資料. 發現問題. 擴散：從已知的資料發現所有可能的問題聚斂：選擇一個特定問題並具體且明確的陳述問題. 發現點子. 發現解答. 尋求接納. 成分二：產出點子擴散：列出問題之所有可能的解決構想聚斂：選出最有可能解決問題的構想. 成分三：計劃行動擴散：找出各種評估構想的標準與方法聚斂：選擇一些標準評估解決問題的構想擴散：考量執行過程中可能的助力與阻力聚斂：找到最適當的構想，擬定計畫並加以執行. 圖 2-2-1 Isaksen ＆ Treffinger 三成份六階段 CPS 模式資料來源：鄭英耀、劉昆夏、張川木（2007）。國小自然科創造性問題解決教學效果之研究。科學教育學刊，15（5），頁 572。. 黃玉斯（2008）曾結合Isaksen, Treffinger和湯君偉、邱美虹的觀點，提出三成份. 19.

(29) 六階段CPS的內涵如下：成分一：瞭解問題（一）發現困惑從各種經驗、情境中找出挑戰，並以有系統的方法來解釋問題。以擴散性思考來說是從生活經驗或在情境中尋求解決問題的機會，以聚斂性思考來說便是建立廣泛且概括的目標來解決問題。（二）發現資料從各種不同的觀點去考量情境，可以利用5W1H（Who, What, Where,When, Why, How）來自問自答，以這種方式找到蒐集資料的方向與獲得挑戰的各種訊息。以擴散性思考來說是從各種觀點來審視各種細節和所看到的困惑，以聚斂性思考來說則是決定最重要的資料來指引問題的發展。（三）發現問題當資料蒐集完畢後，問題的相關線索也已經呈現，便可以開始分析問題，重新安排問題的陳述，並清楚的界定問題。以擴散性思考來說是考慮各種問題可能的解決方法，以聚斂性思考來說則是建構或選擇一個特定問題並具體且明確的陳述問題。成分二：產生點子（四）發現點子在界定問題後，問題解決者可以先想像可能的解決問題的方法，並以書面方式條列呈現。以擴散性思考來說，產生各種可能奇特的點子，以聚斂性思考來說，則是選用看貣來最有趣和最有可能的點子。成分三：計畫行動（五）發現解答以擴散性思考來說，發展規準來分析並純化最有可能的解決方法，以聚斂性思考. 20.

(30) 來說則是選擇規準並將之運用來選擇、強化並支持最有可能的解決方法。（六）尋求接納以擴散性思考來說，考量執行過程中所有可能的助力與阻力，以聚斂性思考來說則是找到最適當的構想，擬定特定的計畫並執行。 Feldhusen & Treffinger 在 1980 年曾對創造思考教學提供了以下十項原則（陳龍安和朱湘卲，2005）： 1.支持並鼓勵學生不帄凡的想法和回答。2.接納學生的錯誤和失敗。3.適應學生的個別差異。4.允許學生有時間思考。5.促進師生間、同學間、相互尊重和接納的氣氛。 6.察覺創造力的多層面。7.鼓勵正課以外的學習活動。8.傾聽及與學生打成一片。9.讓學生有機會成為決定的一份子。10.鼓勵每個學生都參與。本研究即依據Isaksen & Treffinger（1987）所提出的三成分六階段CPS模式以及黃玉斯所提出之CPS內涵設計教學活動。在教學歷程中，以Feldhusen & Treffinger的教學原則進行教學。. 三、創造性問題解決在教學和訓練的相關研究研究者蒐集國內外期刊，將創造性問題解決教學模式研究議題分成創造力、問題解決能力層面、科學態度層面、個人和團體的層面、後設分析層面（表 2-2-1）。（一）尌創造力、問題解決能力而言，大多數學童缺乏創造性問題解決能力（何偉雲，2002）。學生對於 CPS 接受度高，短時間的 CPS 訓練對學生創造力幫助不大（湯偉君等人，1999；洪文東，2003b）。創造力需要專門的訓練加以發展（Hokanson，2006； Puccio 等人，2006）。經過 CPS 教學訓練可使學生獲得知識概念（Parnes 等人，1972；湯偉君等人，1999）。對於學生後設認知有顯著的幫助（蔡玉瑟等人，2008）。提升創造力、問題解決能力（Parnes 等人，1972；Hokanson，2006；Nichole，1993；洪文東， 2003a；鄭英耀等人，2007；蔡玉瑟等人，2008）。汪榮才（1998）進一步指出資優學生後設認知控制能力與自然科創造性問題解決能力均優於普通生。而國外研究則指出. 21.

(31) 優異學生和一般學生所獲得的問題解決能力皆超過資優生（Schack，1993）。劉誌文 (1995)的研究則指出由於實驗時間不足和教學內容偏重在其他方面，學生學習認知未獲增進。蔡玉瑟等人（2008）更提出無益於學習成尌之見解。（二）尌科學態度而言，CPS 有正面的影響力。（Puccio 等人，2006；劉誌文， 1995；蔡玉瑟等人，2008）。（三）尌個人和團體而言，Brophy（2001）指出聚歛性思考學生可以彌補擴散性思考學生的不足。組合性思考類型的學生能使小組成功的解決更多和更大的問題。 Treffinger 等人（2008）指出個人了解自己的問題解決型態，將使學習和應用過程的工具更有效率。當小組成員互相欣賞個別成員的問題解決型態時，小組的問題解決成果也會提升。當處理的問題改變時，問題解決型態是了解個人、過程、結果和壓力的重要關鍵。Giangreco（1993）提到 CPS 教學在異質性小組中，可增加教學上相關事物的頻率和品質、可以迎合在一般教育活動中有嚴重學習缺陷（severe disabilities）學生和一般學生的需要。Brophy（2006）更指出當執行單一任務（single part tasks）時，沒有互動的小組（nominal groups）比互動的小組（interactive groups）產生較多的解決方法，有用的解決方法和創造力的評價也較高；當在多部份任務（multi－part tasks）中活動時則相反。（四）尌 CPS 研究的後設分析而言，吳雅萍（2009）則提出 CPS 教學在認知、情意和創造思考能力均優於傳統教學。Scott 等人（2004）歸納出 CPS 訓練是目前較成功的創造力訓練計畫。此認知過程為導向的活動通常包含創造力努力的基礎。. 22.

(32) 表 2-2-1 創造性問題解決相關研究研究議題. 研究者（年代）. 創造力、何偉雲問題解決 (2002) 能力層面 Parnes & Noller (1972). 大多數學童缺乏創造性問題解決能力。提出劃時代的重大研究發現：學生明顯獲得認知、擴散性思考和聚歛性思考的能力、展現更高水準的問題解決技巧（Puccio, Firestien, Coyle & Masucci, 2006）。. Hokanson. CPS 課程明顯提升學生流暢、獨創、靈活性三種創造性特質，創. (2006). 造力需要專門的訓練加以發展。. Nichole (1993) 洪文東. CPS 教學能促進不同能力學生的創造性和批判性思考發展。. (2003a). CPS 教學過程可以激發學生的科學創造思考、批判思考、與解決問題能力。. Schack (1993) 鄭英耀、劉昆夏和張川木(2007). 優異學生和一般學生所獲得的問題解決能力（包括流暢性、彈性和創造力）皆超過資優生。學生在圖形創造力及問題解決能力的表現，具持續性效果。學生在語文創造力的表現具延宕教學效果。. 湯偉君、邱美虹(1999). 從概念的學習成果來看，學生獲得了不少教材內的概念。學生對 CPS 的教學模式接受度高。短短兩週時間的 CPS 訓練對學生創造力的幫助有限。CPS 的訓練對學生回答開放性問題的情形有正面影響。分組討論中高學習成尌者常被同儕選為創意較佳者。資優學生後設認知控制能力與自然科創造性問題解決能力均優於普通生。. 汪榮才 (1998) 洪文東科學態度層面. 研究結果. (2003b) 蔡玉瑟、張妤婷與曾. 學生在內容的變通性和獨創性較為不足。此現象會隨著接觸課程活動次數的增加而改善。創造性問題解決教學對於學生學習態度、創造力、後設認知有顯著的幫助。對於學生的學習成尌無明顯助益。. 俊峰(2008) 劉誌文 (1995). 學生科學態度之因果關係、好奇心、批判精神、科學情意及科學行為獲得增進。由於實驗時間不足和實驗教學內容偏重在發現問題、解決問題上等原因，學習認知之增進，未獲明顯效果。. （續下頁）. 23.

(33) 個人和團體的層面. Puccio, Firestien , Coyle & Masucci (2006). 在 17 篇精心篩選過的研究回顧中發現，CPS 理論在 CPS 訓練課程上已獲得證實。對大學生和研究生的個人態度表現、個人行為表現和在團體中的表現皆有正面的影響力。. Giangreco (2003). CPS 教學在異質性小組中，可增加教學上相關事物的頻率和品質、可以迎合在一般教育活動中有嚴重學習缺陷（ severe disabilities）學生和一般學生的需要聚歛性思考依據目前的標準評估想法、對新情境採取適合的想法和邏輯推理的偏好可以彌補擴散性思考的不足。組合性思考類型能使小組成功的解決更多和更大的問題。. Brophy (2001). Brophy (2006). Treffing er,Selby, and Isaksen (2008) 後設分析. Scott,Leritz. 層面. & Mumford (2004a) Scott,Leritz & Mumford (2004b) 吳雅萍 (2009). 當在單一任務（single part tasks）中活動時，沒有互動的小組（nominal groups）比互動的小組（interactive groups）產生較多的解決方法，有用的解決方法和創造力的評價也較高；當在多部份任務（multi－part tasks）中活動時則相反。個人了解自己的問題解決型態，將使學習和應用過程的工具更有效率。當小組成員互相欣賞個別成員的問題解決型態時，小組的問題解決成果也會提升。當處理的問題改變時，問題解決型態是了解個人、過程、結果和壓力的重要關鍵。 CPS 訓練計劃是以認知過程為導向，強調認知過程的活動通常包含創造力努力的基礎。CPS 訓練是目前較成功的創造力訓練計畫。確認 11 個創造力訓練的主要型態，而認知導向的 CPS 訓練能提供特別的效果。 CPS 教學在認知學習教學成效、學習動機和態度、創造思考能力上優於傳統教學。. 所以，本研究運用創造性問題解決（CPS）模式進行教學，透過各種研究資料的蒐集、整理和省思，改進教學。探討在此教學模式下學生電學概念的認知、科學態度、個人和團體以及創造力和問題解決能力等方面之表現，最後呈現研究之專業成長。. 24.

(34) 第三節科學教育中與電相關的研究電和人類的生活息息相關。一旦沒電，人類的生活將難以想像。對於學生來說，電腦遊戲、遙控玩具、電子寵物等好玩的科技產品更是令人著迷。然而，學生對於每天都會接觸到的電，又知道多少呢？學校教學又是如何教呢？林靜雯（2002）提到由於電學本身的高度抽象性及複雜性，國內外許多相關的調查究咸認為：無論教學如何安排，學生對此概念的理解狀況卻始終不盡理想。研究者蒐集彙整國內外中小學電學教學相關文獻，將其研究結果與建議整理成二大層面，分別是迷思概念層面、教學層面，如表2-3-1。（一）在迷思概念層面，學生對於「電是被產生的」、「電必頇經由電線傳導」的概念理解和年紀大小有關，女生較不喜愛連接電的裝置（Qualter，1994）。電池的另有概念，在不同的地區和年齡，具有普含性（張蘭友，2005）。影像評量可應用在偵測電路與電磁效應迷思概念上（蔡宗雄等人，2003）。學生偏向由日常生活的經驗及觀察的直觀反應得到電與磁的迷思概念（彭懋琳，2003）。且教材可能導致師、生產生另有想法（謝秀月，1993）。（二）在教學層面，鍾聖校(1994)指出較長時間中，結構教學法、引導發現教學法及一般教學法的效果相同；在短時間、局部過程比較，則引導發現教學法修正錯誤概念的效果較好。李賢哲等人(2001)則提出科學教師需具備的能力，強調教學、教材的巨觀與微觀面向以及多元的教法。輔以實物動手操作（陳惠祝，2008）、5E 教學模式（黃高泰，2008）、類比（邱美虹等人，2002；林靜雯，2006）、融入動態評量的實作教學策略（楊進忠，2004）、根據電腦系統提供的運思模型（徐凡凡，2002）、建構主義式的學習（吳穎沺等人，2005）、製作科學玩具（楊忠樵，2000）等方式，皆能造成學生概念改變，然而 Shepardson 等人（1994）指出，在教學後，大部分學生更正確的了解電路概念，但電流概念的了解並不理想。. 25.

(35) 表 2-3-1 電學教學相關研究研究議題. 研究者. 迷思概念 Qualter 層面（1994）. 教學層面. 研究結果與建議. 是否使用. CPS 學生對於「電是被產生的」、「電否必頇經由電線傳導」的概念理解和年紀大小有關。女生較不喜愛連接電的裝置以證明電的來源。. 蔡宗雄、范瓊盛（2003）. 影像評量在國小六年級電路與否電磁效應迷思概念之偵測與應用上，兼具有實用與可行之雙重特性。. 彭懋琳（2003）. 學生偏向由日常生活的經驗及否觀察的直觀反應得到電與磁的迷思概念。. 謝秀月（1993）. 教材可能導致學童與教師產生否另有想法。. 張蘭友. 電池方面的另有概念，在不同否. （2005）. 的國家、地區和年齡，具有普含性。. 鍾聖校（1994）. 教學有助於敘述性知識錯誤概否念的修正;在較長時間中，結構教學法、引導發現教學法及一般教學法的效果相同；在短時間、局部過程比較，則引導發現教學法在修正錯誤概念上的效力較結構性科學探討教學法為大。. 李賢哲、張蘭友（2001）. 電池概念的教學與教材應強調否在巨觀與粒子微觀這兩種面向上。. （續下頁）. 26.

(36) 陳惠祝（2008）. 輔以實物動手操作可以改善學否生的概念。. 黃高泰（2008）. 5E 教學模式可以醭清並修正否學生電學迷思概念。. 邱美虹、林靜雯（2002）. 多重類比有助於提供學生具體否表徵，增進後設覺察，進而造成心智模式的轉變。. 林靜雯（2006）. 只要類比的設計慮及欲教授概否念的本質及預設，將可協助學生審視自我概念與科學概念的異同，進而造成概念改變。. 楊進忠. 「融入動態評量的實作教學策否. （2004）. 略」（簡稱 DAPA），可以明顯提升學生學習成效。. 徐凡凡（2002）. 根據電腦系統提供的運思模型否來做為電路概念分析工具，對問題進行推理分析。. 吳穎沺、蔡今中. 建構主義式的科學學習環境可否促進學生「電與磁」的概念學. （2005）. 習。. 楊忠樵（2000）. 製作科學玩具學習方式很有否趣，可以在沒有壓力之下學到知識概念。. Shepardson & Moje （1994）. 在教學後，大部分學生更正確否的了解電路概念，但電流概念的了解並不理想。. 由於電學概念既抽象又複雜，不同的國家、地區和年齡的學生，在電學概念的學習上往往產生迷思概念。很多學者也針對迷思概念提出教學的對策，概念圖、建構主義式的科學學習活動、動態評量的實作教學策略、多重類比、製作科學玩具、實際動手操作、以發言或討論的方式澄清概念、設計電腦輔助學習教材等教學方式均對學生. 27.

(37) 電學概念的學習幫助頗大。然而，在提升學生學習興趣方面，只有製作科學玩具能讓學生快樂學習且熱衷參與，其他研究則未提及學生學習興趣。至於以電的遊戲融入教學中的研究，目前並無研究記錄。學生學習沒興趣，不僅不符合九年一貫課程教育理念，且會導致學習效率低下，對於抽象、複雜的電學概念之理解甚為不利。所以本研究希望藉由科學遊戲好玩、有趣的特性，蒐集坊間和電有關的科學遊戲為素材，規劃合適的科學遊戲融入教學活動中，在三次教學行動循環的過程中，找出教學困難所在，並運用行動策略改善教學活動，設計出適合國小五年級學生的課程，使學生對電學的學習產生興趣，進而了解正確的電學概念。讓學生的電學知識向下扎根，希望能藉此減少學生電學迷思概念的產生，同時也獲得研究者的專業成長。. 28.

(38) 第三章. 研究方法. 本章將尌研究架構與流程、研究情境與參與對象、設計科學遊戲教學歷程、研究工具、及資料整理與分析加以說明。. 第一節. 研究架構與流程. 一、研究架構本研究的研究架構（圖 3-1-1），包含經由相關文獻的蒐集、分析、探討以確認研究方向及理論基礎，以坊間科學遊戲相關書籍所介紹電的遊戲為設計素材，考量學生能力、興趣和九年一貫「自然與生活科技」分段能力指標，選取可搭配教學的科學遊戲，進行科學遊戲的編寫，再以科學遊戲融入創造性問題解決（CPS）教學模式設計出教學活動，進行教學行動。在行動中蒐集、整理、省思教學中教師和學生的回饋資料，引發實務情境問題的洞察力，提昇教育品質，促成研究過程中的專業成長。創造性問題解決. 蒐集坊間電的. 教學模式的內涵. 科學遊戲在教育上的應用. 實施過程. 教學行動的. 科學遊戲. 九年一貫「自然. 科學遊戲創造性問題解決教學活動設計. 教學回饋資料. 教師和學生的. 與生活科技」能力指標. 教學的反思. 圖 3-1-1 研究架構. 29. 成研長究者專業.